液晶电视电磁兼容(EMC)设计技术综述

2009-03-22 21:05:48来源: 电子工程专辑

  电磁兼容(EMC)是液晶电视设计中不可避免的重要问题。如果EMC设计不好,将会导致电视在播放的过程中出现水波纹以及频闪等问题,严重时将会导致无法收看。EMC设计实际上就是针对产品中产生的电磁干扰进行优化设计,使之符合各国或地区的EMC标准。其定义是:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰(EMI)的能力。

  电磁干扰一般都分为两种,传导干扰和辐射干扰。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。

  液晶电视结构主要包括:液晶显示模块,电源模块,驱动模块(主要包括主驱动板和调谐器板)以及按键模块。一般液晶显示模块由生产厂商在生产前已经完成EMC的测试。这里主要介绍一下设计电源模块、驱动模块、按键模块,以及整机设计时应注意的电磁干扰问题。

电源模块EMC设计

  电源部分两大主要功能就是实现驱动液晶屏的背光以及为其他模块(包括驱动模块,按键模块)提供直流电源。

  电源模块的设计好坏直接影响到整个系统,如果设计不好,将会导致电视出现大的水波纹,严重时将会导致电视不能使用。同时还会严重影响到附近的其他设备的正常使用。

  液晶电视的电源部分采用的都是开关电源。开关电源引起电磁干扰问题的原因是很复杂的。设计开关电源时,要防止开关电源对电网和附近的电子设备产生干扰;还要加强开关电源本身对电磁干扰环境的适应能力。

  针对开关电源的EMC问题,在设计时应采用以下主要措施:

  软开关技术:开关器件开通/关断时会产生浪涌电流和尖峰电压,这是开关管产生电磁干扰及开关损耗的主要原因。软开关技术是减小开关器件损耗和改善开关器件EMC特性的重要方法。该技术主要是使开关电源中的开关管在零电压、零电流时进行开关转换从而有效地抑制电磁干扰。

  调制频率控制:电磁干扰是根据开关频率变化的,干扰的能量集中在离散的开关频率点上导致干扰强度大。通过将开关信号的能量调制分布在一个很宽的频带上,产生一系列离散边频带,这样就将干扰频谱展开,干扰能量分布在离散频带上,从而降低开关频率点上的电磁干扰强度。

  元器件布局与走线:将电源输入信号和输出信号相关联的元器件都放置在相应的端口附近,以避免因耦合路径而产生干扰。将相互关联的元器件放在一起,避免走线过长带来干扰。

  另外还要尽量避免信号线平行走线。如果无法避免,尽量加大线间距。或者在中间加一根地线,以减少相互之间的干扰。

主驱动板EMC设计

  液晶电视的主驱动板主要包括:模拟信号部分,高速数字电路部分,噪声源DC-DC电源部分。

  元器件布局与走线:在布局上,要把模拟信号部分,高速数字电路部分,噪声源DC-DC电源部分这三部分合理地分开,使相互间的信号耦合为最小。而在器件布设方面,还是遵从相互有关的器件尽量靠近的原则,这样可以获得较好的抗噪声效果。

  DC-DC电源部分与地:在印刷电路板上,电源线和地线最重要。让模拟电路和数字电路分别拥有自己的电源和地线通路。克服电磁干扰,最主要的手段就是接地。

  在液晶电视的驱动板上,主要将电源部分(DC-DC)的地和其他如解码和主芯片处理的部分的地分开,以减少电源地对图像显示和电视伴音的干扰。

  如果在设计电路时存在着模拟地和数字地,在印制板铺地时应该将它们分开。以减低相互干扰。在使用双层板以及多层板PCB的布局中,一般都会将其中一层铜箔作为专门的接地平面。这样做的目的是该接地充当屏蔽层。

  集成芯片:在同一集成芯片中,也将模拟地和数字地分开铺地。如液晶电视的主驱动板经常会使用的AD公司的模数转换芯片AD9883,在印制板设计时我们就可以将该芯片模拟部分的地和数字部分的地分开铺地。最后再通过一根比较短的导线将两地单点连接起来。或者是将两地通过一个1nF的旁路电容连接起来。

  晶振:数字电路中的时钟电路是目前电子产品中主要的电磁干扰源之一,是EMC设计的主要内容。晶振是一个强辐射发射源。晶振内部电路产生大的RF电流,以至于晶体的地引线不能以很少的损耗充分地将比较大的Ldi/dt电流引到地平面,结果金属外壳变成了单极天线。晶振的周边就是一个辐射场。

  故晶振电路尽量远离接口电路,如串口、地址线、数据线等。以避免接口电路将晶振的谐波信号带出印制板以造成电磁干扰。晶振的两个脚都要加RC滤波电路.同时一定要将晶振的金属外壳与印制板上的地连接起来。另外,晶振与芯片引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,放置一个局部地平面并且通过多个过孔与地线连接。

  电容去耦:利用电容去耦来降低电磁干扰,电容去耦可以分为三种:整体的、局部的和板间的。

  整体去耦电容工作在低频状态,为整个电路板提供一个稳定的电压和电流。它应放置在紧靠印制电路板电源线和地线的地方。典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH。0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果,对几十MHz以上的噪声几乎不起作用。所以对于20MHz以上的噪声,采用0.01μF的电容去耦。

  局部去耦电容使集成电路得到的供电电压比较平稳;另外还旁路掉该器件的高频噪声。

  板间去耦电容是指电源面和接地面之间的电容,主要解决电源中产生的高频瞬变电流。电源输入端跨接一个10~100uF的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。去耦电容的引线不能过长,一般都紧靠在集成电路电源旁边,连线要粗一些。

  磁珠滤波:在主板上的所有信号输入端(如YPBPR接口、VGA接口)都要加入磁珠滤波。磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉冲的能力。它扮演高频电阻的角色,即将高频衰减掉。该器件允许直流信号通过,而滤除交流信号。

  

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关键字:电磁兼容  液晶电视  电源  电磁兼容设计

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2009/0322/article_562.html
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